Аналогичным образом, если бы все вещество спиральной галактики была сконцентрирована в ее рукавах, где мы наблюдаем видимые звезды, то и атомы распыленного водорода, подчиняясь третьему закону Кеплера, двигались все
медленнее по мере удаления от центра галактической массы. Астрофизикам, однако, удалось экспериментально выяснить, что на любом удалении от центра галактики водород движется с постоянной скоростью. Можно подумать, что он «приклеен» к гигантской вращающейся сфере, состоящий из какой-то невидимой «темной» материи.
Сегодня большинство астрофизиков сходится на том, что масса невидимой материи Вселенной вовсе не ограничивается скрытой от нас массой обычных небесных тел и распыленной вещества, поэтому склонны добавлять к ней и совокупную массу все еще не открытых видов элементарных частиц. Они даже получили специальное название - «массивные частицы слабого взаимодействия». Теоретически они не должны проявлять себя во взаимодействии со световым и другим электромагнитным излучением, а наша Галактика может быть со всех сторон одета сферической оболочкой из таких частиц. Земля, учитывая свое движение, должна постоянно находиться под влиянием «ветра скрытых частиц», и вполне возможно, что с течением времени одна из частиц такого «темного ветра» начнет взаимодействовать с одним из земных атомов и возбудит колебания, необходимые для ее регистрацию .
Лаборатории, проводящие подобные эксперименты, уже сообщают о том, что получены первые намеки на подтверждение реального существования шестимесячного полупериода колебания частоты регистрацию сигналов об аномальных событиях подобного ряда. Именно этого и следовало ожидать, поскольку полгода Земля движется по околосолнечной орбите навстречу ветру скрытых частиц, а в последующие полгода ветер дует «вдогонку» и частицы залетают на Землю реже.
Холодная темная материя вблизи галактик. Массивные частицы слабого взаимодействия представляют собой пример того, что принято называть холодной темной материей, поскольку они тяжелые и медленные. Предполагается, что они играли важную роль на стадии формирования галактик в ранней Вселенной. Некоторые ученые считают также, что, по крайней мере, часть темной материи находится в состоянии быстрых слабковзаемодиючих частиц, таких как нейтрино, представляют собой пример горячей темной материи.
Главная проблема здесь в том, что еще до формирования атомов, в течение примерно первых трехсот тысяч лет после Большого Взрыва, Вселенная находилась в протоплазменным состоянии. Любое ядро привычной нам материи распадалось, не успев сформироваться, под мощными энергиями бомбардировки со стороны перегретых частиц раскаленной, сверхплотная, непрозрачной плазмы. После того как Вселенная расширился до определенной степени прозрачности вещества, разделяет пространство, начали, наконец, формироваться легкие атомные ядра. Но до этого момента Вселенная расширился уже настолько, что силы гравитационного притяжения не могли противодействовать кинетической энергии разлета осколков большого взрыва, и все вещество, по сути, должна разлететься, не дав сформироваться устойчивым галактикам, которые мы наблюдаем. В этом и заключается смысл своеобразного «галактического парадокса», длительное время сомневался собственно теорию Большого Взрыва.
Модель формирования темной материи. В начале Большого Взрыва обычная материя была перемешана со скрытыми частицами слабого взаимодействия, поэтому после взрыва такая смесь темной материи могла послужить эффективным сдерживающим элементом. В виду наличия огромного числа скрытых тяжелых частиц она первой стянулась под действием сил гравитационного притяжения в будущие ядра галактик оказались стабильными вследствие отсутствия взаимодействия между частицами слабого взаимодействия и мощным центростремительным энергетическим излучением взрыва. Таким образом, до момента формирования ядер атомов темная материя успела оформиться в галактики и скопления галактик, а уже на них начали собираться под влиянием гравитационного поля освобождающиеся элементы обычной материи. В рамках такой модели обычная материя стянулась к сгустков скрытых частиц подобно пены, затяжек в водовороты на темной поверхности странной вселенской реки.
Именно вопрос существования темной материи до последнего времени вызывало ожесточенные споры среди ученых. Одни говорили, что это призрачный миф, другие, наоборот, считали ее существования закономерным. Необходимы были аргументированные наблюдения этой невидимой субстанции, и одна из первых попыток была сделана с помощью рентгеновской космической обсерватории «Чандра», где исследовали гравитационное взаимодействие скоплений галактик. Эти грандиозные космические структуры образовались около сотни миллионов лет назад, после того как скопления галактик начали пронизывать друг друга со скоростью около пяти тысяч километров в секунду, чтобы, в конце концов, предстать в современном виде. Во время проникновения таких больших масс друг в друга неизбежны гравитационные флуктуации, меняют направление и скорость движения отдельных членов скопления и газовых облаков.
Но какие частицы образуют темную материю, пока неизвестно. Можно лишь утверждать, что это не обычные частицы, из которых образованы окружающие предметы, а также планеты, звезды (и мы сами) то есть это не протоны, а не нейтроны и не электроны. Фундаментальная физика может предложить на роль частиц темной материи только гипотетические частицы, которые никогда еще не были обнаружены в лаборатории. Они должны быть, скорее всего, достаточно массивными, в тысячи раз превышающие массу протона. Они не должны иметь электрический заряд и вообще участвовать в электромагнитном взаимодействии. Они не должны также участвовать и в сильной ядерной взаимодействия, им разрешено только слабую ядерное взаимодействие (ответственное, например, бета-распад атомных ядер) и, конечно, гравитационную. Сейчас астрономы считают, что на обычное вещество из протонов, нейтронов и электронов приходится 4 процента полной энергии массы Вселенной, а вклад реликтового излучения менее одного процента.